朱夫海，吳偉章，王 勇，郭 靜，王穎杰，夏廷毅

中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院腫瘤放療科，北京市，100142

鉛門寬度和螺距在肺癌腦轉(zhuǎn)移患者螺旋斷層放療計(jì)劃設(shè)計(jì)中的研究

【作 者】朱夫海，吳偉章，王 勇，郭 靜，王穎杰，夏廷毅

中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院腫瘤放療科，北京市，100142

對(duì)7例肺癌腦轉(zhuǎn)移患者按照鉛門寬度(1 cm，2.5 cm和5 cm)和螺距(0.15, 0.30和0.45)的組合設(shè)計(jì)螺旋斷層放療計(jì)劃，對(duì)其靶區(qū)、正常組織和治療時(shí)間差異分析比較。所有計(jì)劃均給予全腦CTV 30 Gy，轉(zhuǎn)移灶GTV 50 Gy，計(jì)劃分次為10次。結(jié)果證明靶區(qū)僅GTV的平均劑量和適形度(CI)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P =0.0021, P =0.0128)，危及器官均在正常劑量限制范圍以內(nèi)，治療時(shí)間與鉛門寬度近似成反比例，螺距對(duì)其影響較小。研究表明5 cm的鉛門寬度能夠有效縮短治療時(shí)間、提高治療效率。

螺旋斷層放療；鉛門寬度；螺距；肺癌腦轉(zhuǎn)移

0 引言

目前腦轉(zhuǎn)移患者的治療方式主要是手術(shù)、全腦放射治療、立體定向外科(stereotactic radiosurgery, SRS)或者立體定向放射治療(stereotactic radiation therapy, SRT)，臨床中全腦放射治療后給予殘存腫瘤SRS或者SRT以期提高患者的生存期[1-2]。傳統(tǒng)的二維全腦放療受限于放療技術(shù)和方法，均未能有效地將劑量集中到靶區(qū)內(nèi)，病灶的靶區(qū)劑量難以提高。國(guó)外對(duì)于腦部三維放療研究表明，局部加量放療相比于單純?nèi)X放療，能夠得到更好的局部控制率[3]。螺旋斷層放療系統(tǒng)（HT）將一臺(tái)6 MV能量的小型直線加速器安裝在機(jī)架上，病人平臥于治療床上勻速向機(jī)架方向前進(jìn)，機(jī)架以恒定速度圍繞病人旋轉(zhuǎn)，射線束沿360o從51個(gè)投射角度(間隔大約7o)進(jìn)行劑量輸出。每一射線束都經(jīng)其獨(dú)特的64片二元?dú)鈩?dòng)多葉準(zhǔn)直器進(jìn)行深強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，由此達(dá)到理想的靶區(qū)劑量分布和均勻度，正常組織也能最大限度的得到保護(hù)，HT可以一次計(jì)劃完成給予不同靶區(qū)不同的處方劑量，實(shí)現(xiàn)不同靶區(qū)不同劑量的治療模式[4-5]。

HT用逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃方式實(shí)現(xiàn)臨床目標(biāo)，它將處方劑量建模為數(shù)學(xué)目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)改變每個(gè)子野權(quán)重(sinogram)的優(yōu)化算法尋找目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。HT的優(yōu)化進(jìn)程分兩部分：第一部分是根據(jù)靶區(qū)的位置和長(zhǎng)度設(shè)置鉛門寬度和螺距，計(jì)算所有的子野；第二部分是優(yōu)化每個(gè)子野的權(quán)重，得到所需的劑量分布。鉛門寬度和螺距決定了子野。其中一個(gè)參數(shù)的改變將會(huì)導(dǎo)致所有的子野重新計(jì)算。子野計(jì)算(Batch Beamlets)是HT計(jì)劃設(shè)計(jì)中時(shí)間最長(zhǎng)的過(guò)程，所以仔細(xì)合理的選擇這個(gè)兩個(gè)參數(shù)將節(jié)省計(jì)劃進(jìn)程的時(shí)間[6]。該研究擬通過(guò)設(shè)定不同的鉛門寬度和螺距組合，在滿足靶區(qū)處方劑量和正常組織限制要求的前提下，有效的縮短治療

時(shí)間，為臨床制定肺癌腦轉(zhuǎn)移的HT計(jì)劃提供參考。

1 材料與方法

1.1 患者資料

選擇自2011年10月～2012年12月在HT治療機(jī)治療的7例肺癌腦轉(zhuǎn)移患者，其中男性5例，女性2例，年齡范圍(49～69)歲，中位年齡50歲。

1.2 定位方法

患者仰臥位，雙手置于身體兩側(cè)，采用頭頸肩熱塑成型面網(wǎng)進(jìn)行固定，使用西門子16排75 cm孔徑螺旋CT掃描，掃描層厚4 mm，層間距4 mm，掃描范圍自頭頂至下頜下緣。掃描完成后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至Focal醫(yī)生工作站進(jìn)行靶區(qū)和周圍危及器官的勾畫。

1.3 靶區(qū)和危及器官定義

在Focal醫(yī)生工作站進(jìn)行靶區(qū)勾畫，如果患者有PET/CT或者M(jìn)R圖像，將其與定位CT圖像融合，作為勾畫靶區(qū)的參考。GTV定義為腦轉(zhuǎn)移病灶，如果靶區(qū)內(nèi)有多個(gè)病灶，可將其全部命名為GTV；CTV定義為全腦組織。危及器官主要評(píng)估腦干、晶體、眼球和視神經(jīng)組織。

1.4 靶區(qū)劑量和危及器官限值

統(tǒng)一給予GTV和CTV處方劑量分別為50 Gy和30 Gy，要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區(qū)體積；危及器官最大劑量要求：腦干〈54 Gy，晶體〈5 Gy，眼球〈35 Gy，視神經(jīng)〈45 Gy。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)

將勾畫好的CT定位圖像和結(jié)構(gòu)傳至HT計(jì)劃系統(tǒng)(Version4.0.4.17)，每例患者均按照3個(gè)鉛門寬度(1 cm，2.5 cm和5 cm)和3個(gè)螺距(0.15，0.30和0.45)的組合設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，每例患者產(chǎn)生9個(gè)治療計(jì)劃，所有治療計(jì)劃的計(jì)算網(wǎng)格設(shè)置為精細(xì)(0.176 cm×0.176 cm)，調(diào)制因子為2.5，給予相同的處方劑量、優(yōu)先級(jí)、權(quán)重和約束因子進(jìn)行迭代優(yōu)化，迭代次數(shù)為200次。

表1 7例患者不同鉛門寬度和螺距組合的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)(x±s)Tab.1 Target dosimetric parameters of HT plans produced with different fi eld widths and pitches for the seven patients(x±s)

1.6 劑量學(xué)評(píng)估

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

用Graphpad Prism 5軟件行Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)方法，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，P 〈 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三種不同鉛門寬度和螺距組合的放療計(jì)劃?rùn)M斷面劑量分布圖（圖1）

圖1 3種不同鉛門寬度和螺距組合的放療計(jì)劃?rùn)M斷面劑量分布圖Fig.1 Transverse section dose distribution of HT plans produced with different fi eld widths and pitches

表2 7例患者不同鉛門寬度和螺距組合的危及器官劑量學(xué)參數(shù)(X±s)Tab.2 OARs dosimetric parameters of HT plans produced with different fi eld widths and pitches for the seven patients(X±s)

2.2 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表1）

通過(guò)Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)方法對(duì)靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果顯示GTV的最大劑量、最小劑量差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.2207，P=0.8913)，平均劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.002 1)；CTV的最大劑量、平均劑量和最小劑量差異均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.234 1，P=0.651 3，P=0.585 9)。

2.3 危及器官劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表2）

腦干和右側(cè)晶體的最大劑量差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.876 8，P=0.344 0)，左側(cè)晶體、左側(cè)視神經(jīng)、右側(cè)視神經(jīng)、左側(cè)眼球和右側(cè)眼球的最大劑量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.005 1，P=0.001 0，P=0.008 4，P=0.046 6，P=0.013 2)。通過(guò)眼球和視神經(jīng)組織的最大劑量可以看出更小的鉛門寬度和螺距組合能夠使得正常組織得到更好的保護(hù)，這與國(guó)外學(xué)者M(jìn)onica Moldovan等[5]報(bào)道的采用更小的鉛門寬度和螺距組合能夠獲得更好的靶區(qū)適形度和危及器官組織保護(hù)的結(jié)論是一致的；但是晶體組織在相同鉛門寬度的條件下，更小的螺距0.15相比0.30和0.45的組合反而增加了其最大劑量，這一點(diǎn)在計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起劑量師和醫(yī)師們的注意。

2.4 CI指數(shù)分析（圖2）

所有患者GTV的均勻性(HI)差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，1 cm鉛門寬度的HI范圍為1.01～1.04 ，2.5 cm鉛門寬度的HI范圍為1.02～1.05，5 cm鉛門寬度的HI范圍為1.02～1.04。GTV的適形度(CI)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.012 8)，1cm鉛門寬度的CI范圍為0.73～0.96，2.5 cm鉛門寬度的CI范圍為0.71～0.96，5 cm鉛門寬度的CI范圍為0.56～0.85，詳細(xì)GTV的CI指數(shù)平均值差異見(jiàn)圖2。該研究螺距對(duì)于GTV的HI和CI影響均較小，采用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)方法證明差異并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 7例患者GTV的CI指數(shù)平均值Fig.2 Average of CI for GTV of the seven patients

2.5 治療時(shí)間對(duì)比（圖3）

7例患者采用1 cm、2.5 cm和5 cm的鉛門寬度設(shè)計(jì)的計(jì)劃平均治療時(shí)間分別為19.87±1.39 min、8.10±0.57 min和4.45±0.39 min；同一鉛門寬度不同螺距的單次治療時(shí)間差異均在1 min以內(nèi)，采用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)方法證明差異也并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖3直觀的說(shuō)明了該研究中7例患者不同鉛門寬度和螺距組合的治療計(jì)劃的單次平均治療時(shí)間，從圖中可以看出，治療時(shí)間近似與鉛門寬度成反比，與螺距并沒(méi)有太大影響關(guān)系。

圖3 7例患者單次平均治療時(shí)間Fig. Average treatment time per fraction for the seven patients

3 討論

鉛門的大小決定了扇形束的寬度，照射野的寬度越大，治療實(shí)施的效率就越高。1 cm的鉛門寬度多用于小靶區(qū)如SRS治療；2.5 cm的鉛門寬度是臨床較為常用的射野寬度，因?yàn)樗跐M足靶區(qū)較好適形度的同時(shí)，也不至于使治療時(shí)間過(guò)多的延長(zhǎng)，可以說(shuō)對(duì)于較復(fù)雜的一些病例，2.5 cm的鉛門寬度是一種比較優(yōu)化的選擇結(jié)果；5 cm的鉛門寬度能夠大幅度的降低治療時(shí)間，但是折中的是Y軸方向的適形度，如果是在內(nèi)外方向上變化很小的靶區(qū)，5 cm的鉛門寬度仍能產(chǎn)生較好的劑量分布。在該研究中，腦轉(zhuǎn)移病灶的形狀相對(duì)比較規(guī)則，1 cm和2.5 cm的鉛門寬度的GTV適形度雖然優(yōu)于5 cm的鉛門寬度，但是5 cm的鉛門寬度的GTV的適形度也在臨床可接受范圍以內(nèi)。

國(guó)外學(xué)者Gutierrez等[10]在對(duì)海馬組織避讓同步對(duì)腦轉(zhuǎn)移病灶推量的全腦放療計(jì)劃研究中得出結(jié)論，1 cm的鉛門寬度和2.5 cm的鉛門寬度相比，前者能產(chǎn)生更卓越的治療計(jì)劃，獲得更好的劑量分布，但卻是以犧牲治療時(shí)間為代價(jià)獲取的。Woch等[11]通過(guò)增加螺距和降低調(diào)制能力來(lái)加速螺旋斷層放療的輸出能力發(fā)現(xiàn)，增大螺距能夠顯著減少治療輸出時(shí)間。然而在該研究中，螺距對(duì)于治療時(shí)間的影響差異均在1 min以內(nèi)，最大的時(shí)間差值為一例患者采用鉛門寬度為1 cm時(shí)，螺距由0.15增加到0.30，治療時(shí)間由21.78 min降低到20.98 min，但是螺距的變化對(duì)于鉛門寬度為1 cm、2.5 cm和5 cm的治療時(shí)間差異仍然沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.947 7，P=0.888 7，P=0.836 5)，這一結(jié)論與國(guó)外學(xué)者M(jìn)onica Moldovan等[5]通過(guò)螺距和鉛門寬度的組合來(lái)降低頭頸部腫瘤患者螺旋斷層放療的輸出時(shí)間的研究所得出的結(jié)論是一致的。

在實(shí)際應(yīng)用中，1 cm鉛門寬度設(shè)計(jì)出的計(jì)劃由于治療時(shí)間的限制往往很難被臨床接受。該研究中，2.5 cm鉛門寬度計(jì)劃從適形度和危及器官保護(hù)方面要優(yōu)于5 cm鉛門寬度，但是在治療時(shí)間上，需要額外多出約45%的治療時(shí)間，增加的治療時(shí)間會(huì)無(wú)意的增加患者在治療中的體位移動(dòng)概率，所以無(wú)論是從治療效率還是從機(jī)器損耗方面考慮，2.5 cm鉛門寬度對(duì)于肺癌腦轉(zhuǎn)移計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)未必是最優(yōu)的選擇。5 cm鉛門寬度雖然損失了一部分靶區(qū)的適形度，但是靶區(qū)和危及器官的保護(hù)要求仍在合理范圍之內(nèi)，并且能提高治療效率從而減少患者治療中體位變化的概率、減少機(jī)器出束時(shí)間。

該研究所有計(jì)劃均用同一調(diào)制因子(2.5)，雖然能夠有效的避免由于調(diào)制因子不同而對(duì)靶區(qū)和危及器官劑量學(xué)參數(shù)以及治療時(shí)間所造成的差異，但是同一計(jì)劃不同調(diào)制因子對(duì)于靶區(qū)和危及器官劑量學(xué)參數(shù)以及治療時(shí)間的所造成的影響在該研究中并沒(méi)有進(jìn)行考慮。在以后的工作中，如何將鉛門寬度、螺距和調(diào)制因子合理組合從而提高計(jì)劃設(shè)計(jì)水平仍需進(jìn)一步探討。

綜合考慮，5 cm鉛門寬度仍是肺癌腦轉(zhuǎn)移患者計(jì)劃設(shè)計(jì)的合理選擇，但其是否能夠提高肺癌腦轉(zhuǎn)移患者的生存期療效仍需進(jìn)一步臨床觀察。

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lnvestigation of Field Width and Pitch in Tomotherapy Treatment Plans for Brain Metastases from Lung Cancer

【 Writers 】Zhu Fuhai, Wu Weizhang, Wang Yong, Guo Jing,Wang Yingjie, Xia Tingyi
Department of Radiation Oncology, Air Force General Hospital, Beijing, 100142

【 Abstract 】Tomotherapy plans were produced using a combination of fi eld widths (1 cm, 2.5 cm and 5 cm) and pitches (0.15, 0.30, and 0.45) for seven patients with brain metastases from lung cancer, the plans were compared with dosimetric parameters, protection of organs at risk (OAR) dose and treatment times. All plans were de fi ned that CTV with 30Gy and GTV 50 Gy by ten fraction synchronously. The results showed that the mean dose and CI for GTV was statistical difference (P=0.002 1, P=0.012 8), OARs were within the normal range, the treatment time increased inversely proportional to the jaw width, but had lesser impact on the pitch.This study showed plans produced with 5 cm jaw was an effective method for patients with brain metastases from lung cancer.

helical tomotherapy, fi led width, pitch, brain metastases from lung cancer

R739.91

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.04.020

2014-01-08

總后衛(wèi)生部資助課題(08G048)，空軍總醫(yī)院年度臨床攻關(guān)項(xiàng)目(Kzg2011001)

朱夫海，E-mail: zhufuhai110@163.com

夏廷毅，E-mail: 68434886@163.com

1671-7104(2014)04-0301-04